嵌入式系統(tǒng)中設備控制函數(shù)實現(xiàn)的分析

3設備函數(shù)的實現(xiàn)過程分析

在嵌入式Linux下對設備操作的時候，一般都會用到read、write、llseek和ioctl等函數(shù)，通過這些函數(shù)可以像使用文件那樣使用外部設備。這些函數(shù)的實現(xiàn)過程基本上是類似的，下面以write函數(shù)為例來分析用戶使用write函數(shù)怎么把數(shù)據(jù)寫到設備里面去。

3.1應用程序中函數(shù)的格式

用戶程序中的write函數(shù)有三個參數(shù)，函數(shù)格式如下：
write(intfd,char*buf,intcount)
其中參數(shù)fd表示將對之進行寫操作的設備文件打開時返回的文件描述符.參數(shù)buf是一個指向緩沖區(qū)的指針,該指針指向存放將寫入文件的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū).參數(shù)count表示本次操作所要寫入文件的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù).fd一般大于3,0-2被系統(tǒng)分配給了默認的終端設備.

3.2驅動程序中函數(shù)的格式

上面驅動程序函數(shù)定義中我們看到驅動程序里的write函數(shù)有四個參數(shù)，函數(shù)格式如下：
short_write(structinode*inode,structfile*filp,constchar*buf,intcount)inode 是設備節(jié)點指針,其中有設備號等信息，它能夠告訴操作系統(tǒng)應該使用哪一個設備驅動程序，filp指針中有fops信息，可以告訴操作系統(tǒng)相應的fops方法函數(shù)在那里可以找到,后兩項參數(shù)和應用程序中的含義相同。

3.3應用程序中函數(shù)和驅動程序中函數(shù)的參數(shù)傳遞

從上面可以知道兩個函數(shù)參數(shù)個數(shù)不同,當應用程序的write函數(shù)執(zhí)行時,是怎么調用驅動程序中相應的write函數(shù)的呢?其實關鍵是Linux系統(tǒng)內(nèi)核中的相應函數(shù) sys_write,這也是最不透明最不容易理解的地方.Linux內(nèi)核中sys_write的源代碼：
asmlinkagessize_tsys_write(unsignedintfd,constchar*buf,size_tcount)
{ssize_tret;
structfile*file;
structinode*inode;
ssize_t(*write)(structfile*,constchar*,size_t,loff_t*);//指向驅動程序中的wirte函數(shù)的指針
lock_kernel();
ret=-EBADF;
file=fget(fd);//通過文件描述符得到文件指針
if(!file)
gotobad_file;
if(!(file->f_modeFMODE_WRITE))
gotoout;
inode=file->f_dentry->d_inode;//得到inode信息
ret=locks_verify_area(FLOCK_VERIFY_WRITE,inode,file,file->f_pos,count);
if(ret)
gotoout;
ret=-EINVAL;
if(!file->f_op||!(write=file->f_op->write))//將函數(shù)開始時聲明的write函數(shù)指針指向fops方法中對應的write函數(shù)
gotoout;
down(inode->i_sem);
ret=write(file,buf,count,file->f_pos);//使用驅動程序中的write函數(shù)將數(shù)據(jù)輸入設備，注意看，這里就是四個參數(shù)了
up(inode->i_sem);
out:
fput(file);
bad_file:
unlock_kernel();
returnret;}
從上面的函數(shù)功能可以看出,sys_write函數(shù)實現(xiàn)了應用程序中write向驅動程序中的short_write的參數(shù)傳遞過程，其中上述注釋語句詳細地闡述了參數(shù)由三個到四個的變化過程。

4結論

總的來說,設備函數(shù)的實現(xiàn)過程由下面幾個步驟來完成：

(1) 加載驅動程序。驅動程序中的初始化函數(shù)申請設備名和主設備號，這些可以在/proc/devieces目錄中查看到。(2)從/proc /devices中獲得主設備號，驅動程序加載成功后建立設備節(jié)點文件。通過主設備號將設備節(jié)點文件和設備驅動程序聯(lián)系在一起。設備節(jié)點文件中的file 屬性中指明了驅動程序中fops方法實現(xiàn)的函數(shù)指針。(3)用戶程序使用open打開設備節(jié)點文件，這時操作系統(tǒng)內(nèi)核知道該驅動程序工作了，就調用 fops方法中的open函數(shù)進行相應的工作。(4)當用戶使用write函數(shù)操作設備文件時，操作系統(tǒng)調用內(nèi)核中的sys_write函數(shù)，該函數(shù)首先通過文件描述符得到設備節(jié)點文件對應的inode指針和filp指針。(5)然后sys_write才會調用驅動程序中的write方法來對設備進行寫的操作。用戶的write函數(shù)和驅動程序的write函數(shù)通過系統(tǒng)調用sys_write聯(lián)系到了一起。本文以設備文件操作控制函數(shù)write為例來闡述整個函數(shù)的調用過程，其它函數(shù)的過程基本相同，本文不再詳述。

本文的創(chuàng)新點在于闡述了嵌入式應用程序中對外部設備操作控制函數(shù)的實現(xiàn)機制及具體過程的分析，在目前的文獻中很少有具體的分析，是作者在具體開發(fā)過程中的經(jīng)驗總結。
本文有國家自然科學基金項目支持，項目編號：50677047。

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